《C/Al複合材料與TiAl電子束誘導自蔓延焊接機理及動力學研究》是依託哈爾濱工業大學，由李卓然擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：C/Al複合材料與TiAl電子束誘導自蔓延焊接機理及動力學研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李卓然
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目主要針對C/Al複合材料與金屬的焊接新技術進行研究，探索一種新的電子束誘導活性中間層自蔓延焊接的方法。採用納米級超細合金粉末混合後壓製成箔態，以及納米級多層膜作為自蔓延焊接中間反應層，提高反應活性，並採用電子束熱源作為引燃方法並利用其輔助加熱，保證焊接過程中穩定的自蔓延反應，提高焊縫組織的緻密性，從而獲得高質量的焊接接頭。活性中間反應層採用納米級粉末具有較大的表面能，可以降低自蔓延反應的點燃溫度，提高反應燃燒速度，實現可靠的連線。本項目通過試驗與數值模擬相結合的方法，揭示電子束誘導活性中間反應層自蔓延焊接機理，找出獲得優質焊接接頭的途徑，進行C/Al複合材料與TiAl自蔓延焊接反應動力學研究，建立自蔓延反應連線非均質燃燒動力學模型，為自蔓延焊接方法提供理論基礎。並為複合材料、陶瓷及金屬合金異種材料的連線提供一種新的思路及方法。
結題摘要
針對Cf/Al複合材料和TiAl金屬間化合物的連線，系統研究了二者的自蔓延連線。結合材料自身性能和理論基礎，最佳化設計了中間層。研究了中間層自蔓延反應、自蔓延連線過程的熱分析，對獲得的連線接頭界面結構進行了分析，並闡述了工藝參數對接頭界面接頭及力學性能的影響規律，分析了接頭的形成機理。 基於熱力學和中間層設計原則，確定採用Ni-Al粉末中間層，並對Ni-Al中間層的絕熱溫度進行了計算。通過差熱分析，確定了Ni-Al中間層的理論引燃溫度為640℃，研究了中間層燃燒、自蔓延連線過程中的傳熱問題。結果表明，Ni-Al中間層實際引燃溫度受比表面積影響，比表面積越大，實際引燃溫度越高，其單位面積導熱散失的熱量大於熱輻射散失的熱量。增大加熱速率能減緩中間層在加熱過程中的熱量散失，對降低自蔓延反應引燃溫度起到促進作用。在母材和夾具間添加隔熱材料能使熱量最大限度地用於母材和臨近中間層的升溫，對燃燒波傳播起到促進作用。 採用單純Ni-Al中間層時，接頭產生了一系列缺陷。添加少量Ti-Al體系組成Ni-Al-Ti中間層，可以顯著降低接頭中的缺陷，得到的良好的接頭，接頭的界面結構為TiAl/γ/Ni3Al+Ni5Al3/NiAl+富Al-γ/Ni3Al+Ni5Al3/Ni2Al3/NiAl3/Cf/Al+NiAl3/Cf/Al。中間層中Ti-Al體系含量的增大使反應產物由NiAl向NiAl+富Al-γ轉變，接頭緻密度升高。Ti-Al體系含量為0.1時，強度最大為24.12MPa；Ti-Al體系含量的過大或過小都將增加接頭中缺陷，影響接頭性能。制坯壓力增大，接頭緻密度增大，強度升高。連線壓力增大，接頭緻密度增大，界面處拉應力減小，反應層裂紋傾向減小，對接頭強度起到促進作用。連線壓力過大時，中間層產物產生裂紋，Cf/Al發生破碎，接頭強度降低。 通過淬熄實驗，研究了Ni-Al-Ti中間層燃燒機理，闡述了TiAl和Cf/Al自蔓延連線過程。在連線開始後，中間層被引燃，生成NiAl+富Al-γ並形成燃燒波；燃燒波傳播，兩側母材局部熔化，與中間層反應形成NiAl3、Ni2Al3、γ-Ni0.35Al0.30Ti0.35反應層；燃燒波傳播到中間層末端，自蔓延反應結束，溫度降低到室溫，界面反應停止，形成接頭。
